【正文】 STM32更是一種非常好的選擇。全系列兼容，使得項(xiàng)目之間的代碼重用和代碼移植變得非常方便。該 系列微處理器工作頻率為 72MHz，內(nèi)置高達(dá)128K 字節(jié)的 Flash 存儲(chǔ)器 和 20K 字 節(jié)的 SRAM，具有豐富的通用 I/O 端口。 圖 STM32F10x內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 [4] STM32F103 系列微處理器主要資源和特點(diǎn)如下 [5]： 1. 多達(dá) 51 個(gè)快速 I /O 端口，所有 I/O 口均可以映像到 16 個(gè)外部中斷， 幾乎所有端口都允許 5V 信號(hào)輸入。 2. 2 個(gè) 12 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，多達(dá) 16 個(gè)外部輸入通道，轉(zhuǎn)換速率可達(dá) 1MHz,轉(zhuǎn)換范圍為 0~ 36V；具有雙采樣和保持功能；內(nèi)部嵌入溫度傳感器 。通過 DMA 可以使數(shù)據(jù)快速地移動(dòng)，這就節(jié)省了 CPU 的資源來進(jìn)行其他操作。它支持的外設(shè)包括：定時(shí)器、ADC、 SPI、 I2C 和 USART 等。通常默認(rèn)的調(diào)試接口是 JTAG 接口。 6. 內(nèi)部包含 8 個(gè)定時(shí)器。這將在下一節(jié)做進(jìn)一步介紹。這 8個(gè)定時(shí)器各包含一個(gè) 16位自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)器，由各自的可編程預(yù)分頻器驅(qū)動(dòng)。 通用定時(shí)器 TIMx，它適用于多種場(chǎng)合，包括測(cè)量輸入信號(hào)的脈沖長度 (輸入捕獲 )或者產(chǎn)生輸出波形 (輸出比較和 PWM)。每個(gè)定時(shí)器都是完全獨(dú)立的，沒有互相共享任何資源，它們也可以一起同步操作。高級(jí)控制定時(shí)器與通用定時(shí)器相比較，它們有非常多的相似之處，雖然前者功能要強(qiáng)大些，但鑒于后者 已能夠滿足設(shè)計(jì)要求，因此選用通用定時(shí)器作為 PWM生成模塊。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 通用定時(shí)器 TIMx (TIM TIM TIM4和 TIM5)主要特性如下 [6]： 1. 16位向上、向下 、向上 /向下自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)器。 3. 4個(gè)獨(dú)立通道：輸入捕獲、輸出比較、 PWM生成 (邊緣或中間對(duì)齊模式 )、單脈沖模式輸出。 5. 如下事件發(fā)生時(shí)產(chǎn)生中斷 /DMA：更新：計(jì)數(shù)器向上溢出 /向下溢出，計(jì)數(shù)器初始化 (通過軟件或者內(nèi)部 /外部觸發(fā) )； 觸發(fā)事件 (計(jì)數(shù)器啟動(dòng)、停止、初始化或者由內(nèi)部 /外部觸發(fā)計(jì)數(shù) )； 輸入捕獲；輸出比較。 7. 觸發(fā)輸入作為外部時(shí)鐘或者按周期的電流管理。這個(gè)計(jì)數(shù)器可以向上計(jì)數(shù) 、向下計(jì)數(shù)或者向上向下雙向計(jì)數(shù)。時(shí)基單元包含計(jì)數(shù)器寄存器 (TIMx_CNT)、預(yù)分頻器寄存器 (TIMx_PSC)和自動(dòng)裝載寄存器 (TIMx_ARR)，它們都可以由軟件讀寫，在計(jì)數(shù)器運(yùn)行時(shí)仍可以讀寫。更新事件也可由軟件產(chǎn)生。以下對(duì) PWM 模式做簡(jiǎn)要介紹。在 TIMx_CCMRx 寄存器中的 OCxM 位寫入‘ 110’ (PWM 模式 1)或 ‘ 111’ (PWM 模式 2)，能夠獨(dú)立地設(shè)置每個(gè) OCx 輸出通道產(chǎn)生一路 PWM。因?yàn)閮H當(dāng)發(fā)生一個(gè)更新事件的時(shí)候，預(yù)裝載寄存器才能被傳送到影子寄存器，因此在計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)之前，必須通過設(shè)置 TIMx_EGR 寄存器中的 UG 位來初始化所有的寄存器。 OCx 的輸出使能通過 (TIMx_CCER 和 TIMx_BDTR 寄存器中 )CCxE、CCxNE、 MOE、 OSSI和 OSSR位的組合控制。 根據(jù) TIMx_CR1 寄存器中 CMS位的狀態(tài)，定時(shí)器能夠產(chǎn)生邊沿對(duì)齊的 PWM 信號(hào)或中央對(duì)齊 的 PWM信號(hào) [8]。其公式為“占空比=(TIMx_CRRx/TIMx_ARR)*100%”，因此，可以通過向 CRR 中填入適當(dāng)?shù)臄?shù)來輸出自己所需的頻率和占空比的方波信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)中調(diào)速功能。 電機(jī)系統(tǒng)使用兩個(gè)電機(jī)（ A和 B），設(shè)定正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止三種狀態(tài)，分別控制左輪和右輪，通過兩 個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)切換控制小車的行駛方向，例如前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)小車的基本運(yùn)動(dòng)功能；通過對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)控制小車的運(yùn)動(dòng)速度。 表 11 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)與小車運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系表 運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 電機(jī) A（右輪） 電機(jī) B（左輪） 前進(jìn) 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 后退 反轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 右轉(zhuǎn) 停止 正轉(zhuǎn) 左轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 停止 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 小車的顯示系統(tǒng)，即小車裝有液晶顯示器（ 128 64），初始化由編程設(shè)定，小車運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)時(shí)顯示小車的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并可在以后予以擴(kuò) 展，根據(jù)實(shí)際運(yùn)用的需要顯示更多內(nèi)容。 小車避障系統(tǒng)，即在自由行走模式下通過觸角傳感器對(duì)障礙物檢測(cè)，使小車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障功能。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)介 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用 L298 芯片控制，其內(nèi)部原理圖如圖 。直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路使用最廣泛的就是 H型全橋式電路，這種驅(qū)動(dòng)電路可以很方便實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，分別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動(dòng)。當(dāng)S S2 導(dǎo)通時(shí)， S S4 關(guān)斷，電機(jī)兩端加正向電壓，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)制動(dòng)；當(dāng) S S4 導(dǎo)通時(shí)， S S2 關(guān)斷，電機(jī)兩端為反向電 壓，電機(jī)反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)制動(dòng)。在這種情況下，理論上要求兩組控制信號(hào)完全互補(bǔ)，但是，由于實(shí)際的開關(guān)器件都存在開通和關(guān)斷時(shí)間，絕對(duì)的互補(bǔ)控制邏輯必然導(dǎo)致上下橋臂直通短路，比如在上橋臂關(guān)斷的過程中，下橋臂導(dǎo)通了。 圖 因此，為了避免直通短路且保證各個(gè)開關(guān)管動(dòng)作之間的協(xié)同性和同步性，兩組控制信號(hào)在 理論上要求互為倒相的邏輯關(guān)系，而實(shí)際上卻必須相差一個(gè)足夠的死區(qū)時(shí)間，這個(gè)矯正過程既可以通過硬件實(shí)現(xiàn)，即在上下橋臂的兩組控制信號(hào)之間增加延時(shí)，也可以通過軟件實(shí)現(xiàn)。若 S S4 關(guān)斷， SS2 受 PWM 控制，假設(shè)高電平導(dǎo)通，忽略開關(guān)管損耗，則在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間為 t，周期為 T，則電機(jī)兩端的平均電壓為： U=Vcc*t/ T=α *Vcc ，其中 α =t/T稱為占空比， Vcc 為電源電壓（電源電壓減 去兩個(gè)開關(guān)管的飽和壓降） [9]。 L298 的 EN A（第 6引腳）、 EN B（第 11 引腳）分別與兩路 PWM 波輸出端相連，控制電機(jī)是否轉(zhuǎn)動(dòng)。 SENSE A、SENSE B 為電流反饋引腳。但經(jīng)過實(shí)驗(yàn)， Vs電壓應(yīng)該比 Vss 電壓高，否則有時(shí)會(huì)出現(xiàn)失控現(xiàn)象。 STM32F103 具有豐富的外設(shè)接口、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，采用模塊化設(shè)計(jì)，滿足實(shí)際需要及擴(kuò)展；用液晶顯示模塊可以實(shí)時(shí)顯示小車的工作狀態(tài)，比如顯示小車是處在自由行走模式還是在循跡模式等；利用鍵盤的外部輸入實(shí)現(xiàn)對(duì)小車行走模式的選擇和速度的步進(jìn)調(diào)節(jié)；利用傳感器檢測(cè)外界信息，實(shí)現(xiàn)小車簡(jiǎn)單的避障和循跡功能。 本論文設(shè)計(jì)的小車控制系統(tǒng)框圖如圖 所示。整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)原理圖見附錄，下面分別介紹各部分模塊的設(shè)計(jì)。 圖 STM32F103芯片最小系統(tǒng)圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 STM32F103芯片最小系統(tǒng)圖續(xù) 如圖 、 ，此部分電路包括系統(tǒng)時(shí)鐘電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、 JTAG 調(diào)試接口電路，復(fù)位電路和啟動(dòng)模式選擇電路。 1．時(shí)鐘電路 系統(tǒng)時(shí)鐘電路選用 8MHZ的 HSE晶體作為振蕩器晶振 。 HSE 晶體可以通過設(shè)置時(shí)鐘控制寄存器里 RCC_CR 中的 HSEON 位被啟動(dòng)和關(guān)閉。 LSE 晶體是一個(gè) 的低速外部晶體或陶瓷諧振器。 2． 啟動(dòng)模式選擇電路 如圖 ，通過 BOOT[1:0]引腳可以選擇三種不同啟動(dòng)模式。 表 21 啟動(dòng)模式 啟動(dòng)模式選擇引腳 啟動(dòng)模式 說明 BOOT1 BOOT0 X 0 主閃存存儲(chǔ)器 主閃存存儲(chǔ)器被選為啟動(dòng)區(qū)域 0 1 系統(tǒng)存儲(chǔ)器 系統(tǒng)存儲(chǔ)器被選為啟動(dòng)區(qū)域 1 1 內(nèi)置 SRAM 內(nèi)置 SRAM被選為啟動(dòng)區(qū)域 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 在系統(tǒng)復(fù)位后， SYSCLK 的第 4 個(gè)上升沿， BOOT 引腳的值將被鎖存。 電源電路設(shè)計(jì) 由于各電路模塊所需電壓不同，本設(shè)計(jì)需多種電源供電。外部電源采用 12V 的直流電壓，因此根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)進(jìn)行了電源轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)。 KA7805 的作用是輸入大于 5V的直流電壓，輸出 5V 的直流電壓，且管腳較少，易于連接和實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定性高。 圖 KA7805引腳接線圖 芯片將 5V 轉(zhuǎn)換為 ，具體電路設(shè)計(jì)如圖 所示。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路基本電路原理圖 如圖 ，小車運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)通過電機(jī) A和 B的不同方向轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，電機(jī)有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止三種狀態(tài)，每個(gè)電機(jī)由一對(duì) I/O口進(jìn)行控制。 表 22 I/O端口狀態(tài)與電機(jī)制動(dòng)對(duì)照表 電機(jī) A IN1 IN2 電機(jī) B IN3 IN4 停止 0 0 停止 0 0 正轉(zhuǎn) 1 0 正轉(zhuǎn) 1 0 反轉(zhuǎn) 0 1 反轉(zhuǎn) 0 1 － 1 1 － 1 1 L298 芯片采用 5V(VSS)與 12V(VS)直壓供電， EN A和 EN B 分別用 STM32F103主控芯片的 TIM3_CH3 和 PB1/ADC_IN9/TIM3_CH4 控制，產(chǎn)生 PWM1 和 PWM2 兩路PWM波輸出， IN1IN4 分別用 PE3PE6實(shí)現(xiàn) I/O 輸出控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向。 液晶顯示電路設(shè)計(jì) 顯示模塊采用 LC